ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE UMA PLACA SOLAR PLANA PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA COM TROCADOR DE CALOR EM ESPIRAL

UNIVERSIDADE PAULISTA

ARIANE MARTINS CAPONI LIMA JACKELYNE KELLEN FERREIRA

JOÃO HENRIQUE DAMIÃO DE OLIVEIRA MARDEM INÁCIO NUNES

THAIS MARTINS PAGOTTO ELOI

ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE UMA PLACA SOLAR PLANA PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA COM TROCADOR DE CALOR EM ESPIRAL

GOIÂNIA 2016

ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE UMA PLACA SOLAR PLANA PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA COM TROCADOR DE CALOR EM ESPIRAL

Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do título de graduação em Engenharia Mecânica, apresentado à Universidade Paulista – UNIP.

Orientador: Prof. Maurício Cavalcante

GOIÂNIA 2016

ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE UMA PLACA SOLAR PLANA PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA COM TROCADOR DE CALOR EM ESPIRAL

Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do título de graduação em Engenharia Mecânica, apresentado à Universidade Paulista – UNIP.

Aprovado em:

BANCA EXAMINADORA

/ / Prof. Maurício Cavalcante

Universidade Paulista

/ / Prof. Adriane Faria de Almeida

Universidade Paulista

/ / Prof. Thiago Pereira e Silva

Universidade Paulista

O uso da energia solar se mostra como uma alternativa para diminuir o consumo de energia elétrica para aquecimento de água. Este trabalho tem por objetivo a análise do comportamento de uma placa solar plana com trocador de calor em espiral, com foco na sua eficiência térmica e viabilidade econômica. O trocador de calor em espiral foi montado dentro de uma caixa fechada, com isolamento térmico nas partes laterais e na parte inferior e com cobertura de vidro branco transparente. A geométrica da placa foi modificada para que comportasse de forma eficiente, o novo formato do trocador. As tubulações que ligam a placa ao reservatório foram revestidas de espuma isolante, de forma a minimizar as perdas térmicas. O reservatório foi construído com polietileno e revestido com isopor. A circulação da água dentro do sistema se deu através do processo natural, conhecido como termossifão. Foram realizados ensaios entre a placa experimental e uma placa convencional comercializada, ambas analisadas simultaneamente e sob as mesmas condições climáticas. Através dos dados obtidos foi possível determinar o rendimento térmico do sistema e criar um quadro comparativo entre as duas placas ensaiadas. Os resultados mostraram que a placa com trocador em espiral obteve rendimento levemente inferior à placa convencional, mesmo assim conseguiu atingir temperaturas de trabalho consideradas ideais para esse tipo de uso. As vantagens no uso de um trocador em espiral se traduziram na redução de 75% da área da placa, na diminuição de 30% do custo de implementação do sistema, e na obtenção de valores de temperatura significativos. O estudo dos componentes de uma placa solar possibilita a criação de novas possibilidades que permitam o aperfeiçoamento desse tipo de energia, tornando-a mais eficiente e atrativo ao mercado consumidor.

Palavras-chave: Placa solar. Trocador de calor em espiral. Eficiência térmica.

The use of solar energy is an alternative to reduce the consumption of electrical energy for water heating. The goal of this study is to analyze the behavior of a plane solar panel with a spiral heat exchanger, focusing in it's thermal efficiency and economical viability. The spiral heat exchanger was assembled inside a closed box, thermically insulated on the sides and the bottom, and a transparent white glass covering the top. The solar panel's shape was modified to efficiently hold the spiral heat exchanger. The pipes that connects the solar panel to the reservoir were coated with insulation foam, aiming to reduce thermal loss. The reservoir was built with polyethylene and coated with styrofoam. The water circulation inside the system happened naturally, through the method known as thermosiphon. Tests were made using an experimental panel and a convencional panel, both analyzed simultaneously and under the same weather conditions. Through the collected data, it was possible to determine the thermical yield of the system and to generate a comparative chart of both tested panels. The results show that the panel with the spiral heat exchanger had slightly lower yield than the conventional panel, nevertheless it reached ideal temperatures for this kind of use. The advantages in the use of a spiral heat exchanger are the reduction of 75% in the panel's area, 30% less cost to implement the system, and meaningful temperature numbers. The study of a solar panel's components enables the creation of new possibilities, that allows the enhancement of this kind of energy, making it more efficient and appealing to the consuming market.

Keywords: Solar panel. Spiral heat exchanger. Thermal efficience.

Figura 1 – Matriz mundial de geração de eletricidade de 2014 a 2016. 16

Figura 2 – Esquema da utilização da Energia Solar. 17

Figura 3 – Esquema representativo da reação de fusão nuclear. 20

Figura 4 – Tipos

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